中职院校化工教学中虚拟现实技术的构建思考

栗 莉

（沈阳市化工学校 辽宁沈阳 110122）

引言

中职院校的职业培养必须要打破传统的课堂约束，并将工作流程、学习过程以及学生的基本素养与能力全部联系在一起，期间务必强调教育过程的开放性与实践性。但现如今的化工企业生产过程中所使用的设备也越来越智能化、连续化、规模化，而且化工企业中所含的原料、产品都为易燃、易爆且带有毒性与腐蚀性的物料，如果带着大批学生进企业实际实习或开展实践性课程其困难与风险不敢想象，因此虚拟现实加护在中职院校化工教学中有着重要的意义。中职教育主要以市场为导向，面向社会、面向市场来办学，中职教育的最终培养人才目标就是培养出“建设、生产、服务以及管理”的技术应用型创新人才，其主要创新是在生产建设中的创新以及产业服务的创新以及生产一线管理工作中的创新。为此，中职院校在培养学生期间应从中创新，不再受传统课堂系统化的局限，将学生的能力、个性化发展与学习与工作过程中联系起来，简而言之就是注重教学期间的开放性、职业性以及实践性。

一、虚拟现实的研究现状

虚拟现实技术起初于19世纪90年代，主要适用于计算机图像技术与新综合信息技术，可实现各种各样的传感器设备之间的交互与高分辨率现实，使其形成一个真实的三维虚拟环境，可直接与传感器以及可视化设备进行交互联动，图像和声音的效果可直接映入到使用者的眼帘，使用者可真实感受到其中的环境，只有这样使用者才能真正融进这个特殊的环境当中，去了解与控制虚拟世界的东西，以此来获取最为真实的感受与体验[1-2]。

近些年随着我国科学技术的飞速发展，虚拟现实技术的重要性也日益凸显。19世纪90年代，我国正式将虚拟现实技术列为未来863重大计划当中。由于目前虚拟现实技术在我国发展过程阶段取得了很大的进步，一些取得成果的关键研究也已逐渐进入国际市场。虚拟现实技术在中职院校化工教学中的应用又是教育的一次重大改革。此技术的应用肯定能为学生创造一个良好的校园环境，并打破传统教学的局限，代替传统教学模式的是一种符合现代化发展的全新教学模式，学生可利用自己之间的交互信息来掌握其专业的技能与知识。当下，已经有众多中职院校都在积极开发虚拟现实技术并合理的应用，已建立起一大批虚拟现实课程，已最快的速度将信息技术转化为实用技术。

二、虚拟现实技术与特点

虚拟现实技术真正地在我国应用是在20世纪末，它主要通过目前最为先进的电脑交互技术中心的绘图板块，并利用高分辨率的屏幕显示与传感器技术，来构建出最最贴切于现实的虚拟环境，其主要构成就是利用传感器以及可视化装备来讲信息、影视、图像与声音以更直接的方式投送到使用者的眼帘，让使用者感受到真实的触摸、视觉以及听觉。使其渗透至特殊的自然环境当中，以此为基础去了解虚拟世界中的事物，从而达到一种身临其镜的感觉。虚拟现实技术的特征可划分为三种不同的姿态，分别为互动、沉浸式以及建设性。互动会以虚拟现实技术为基础，将虚拟环境中的图像、声音、触感以及心率等通过人机结构来直接连接使用者的感官，并利用感官来检测使用者的反应与动作，并由此在经过不断调整最终形成个图像序列。使用者可以直接对虚拟环境中的来进行管理操作，且在操作前自身了解行为产生的影响[3]。沉浸式指的是利用虚拟现实技术来为使用者提供可以沉浸其中得环境。在与机器交互的过程中，使用者可感觉到自己处于虚拟环境当中，在虚拟环境当中可跟实际现实当中一样左顾右盼，而并不是单纯的作为旁观者在外界向内顾盼。这样做可以更加清晰的了解计算机研究的内涵，将抽象的数据信号专为更为真实的感知，以此来获取更加深刻的认识。建设性指的是通过虚拟现实，给使用者提供激发想象。在很早之前，人们通常利用定性运算来从中获取灵感，如今人们却可以在定量与定性的综合整体环境当中获取最为真实的感情认知，以此来激发新意，提升学习效果[4]。

三、虚拟现实的实现技术

1.VRML技术

虚拟现实建模语言主要以万维网为基础来进行发展的。虚拟现实建模语言技术所包含的互动性十分出色，这也是为什么选择网络展示来跟三维交互世界信息传递的主要原因。如此看来，与虚拟现实功能所相关的全部逻辑都会被放置VRML文件中，而使用者中也可以利用浏览器来同时实现多种虚拟现实功能功能。此外，浏览器中所包含的绝大部分功能都是使用本地平台，因此VRML平台也含有巨大的交互性、独立性等各种有点，也正因为此，它可以独立实现对虚拟环境的创作[5-6]。

2.Java3D技术

以Java2为基础慢慢发展处Java3D技术，Java2语言其特性十分讲解，语言系统也因此含有了面向对象设计的板块，3d网络系统设计得以实现，并且具备更为出色的应用编程接口来支持对3d场景进行控制、描绘。此技术在使用起来不仅操作简单，而且所产生的形体可以重复，还可基于映射。色彩等单调，还可转换为三维动画、变形等类型的形体[7]。

3.QTVR技术

QuickTime Virtual Reality简称为QTVR，它首创于美国苹果公司，是旗下Quicktime技术的优化升级版本，是全新一代虚拟现实技术。它实现虚拟环境完全不依靠硬件设备以及附属设备，在最为普通的计算机端就可以体验虚拟现实。此技术主要利用图像采集以及QTVR技术，将静止的图像组合至动态文件，塑造出三维空间以及三维物体所含的造型。在利用鼠标来回操纵就可以实现对造型的全方位观察。

四、虚拟现实技术在化工教学中的应用以及重要意义

1.虚拟现实技术在化工教学中的应用

如今的虚拟现实技术在中职教学领域中的应用越来越广泛，虚拟现实技术是一种符合现代化发展的全新教学方式，在化工工艺以及化工机械专业课程中起到了十分关键的作用。它不但可以使学生体会到身临其境的感觉，其教学效果也是传统教学方式难以相比的，如化学实验以及大型设备内部构造等。学生还可以利用虚拟现实技术来自行观察，因此其教学效果十分突出，中职院校化学教学过程中虚拟环境的构造主要分为两部分，虚拟装置与虚拟设备。虚拟设备主要针对设备的结构、形状以及功能的详细教学，而虚拟装置主要针对复杂的芎生产过程中的教学[8-9]。本篇文章主要针对第一层次的模型建立来进行详细分析。虚拟设备在建立VRML模型期间，所使用的顶点以及面积偏少，因此建立时也比较简单，具体建立流程如图1所示。首先利用autoCAD来建立化工设备的三维模型，后利用3DMAX来给三维模型加上题图以及光照效果，最后利用3DMAX的VPML输出功能来传输VRML文件并上传至Internet网上。此外，学生可利用已经安装VRML插件的浏览器来对化工所用的大型设备进行详细观察。

2.虚拟现实技术对化工教学的积极意义

（1）可为学生提供探索性学习环境

现在的虚拟现实技术是一种体系非常完善且涉及范围非常广泛的技术，在此技术的应用当中，使用者可以体会到身临其境的感觉，并沉浸其中并脱离现实，自由且逼真的与虚拟中的环境进行交互。而且此技术的还可让虚拟化工设备以及显示设备在计算机屏幕显示上更加直观，可以直接观察整体仔细的制作过程。此外，大学生在进行操作的过程也可自主的使用鼠标来对虚拟现实设备来进行自由翻转来进行详细观察，不仅可以使学生观察到现实设备的外部结构，而且还可以走入内部清楚直观的去了解虚拟现实物体的内部情况，此方式的实现是传统教学方式无法实现的，同时打破了传统现场训练的时间局限。此方式在课堂教学过程中，可以让学生来按照所观到的现实情况，以此来开展现实与理论的交互学习，从而使知识点掌握得更加精准，也可以最大限度地调动学生的主观性，使学生对学习的激情得到大幅度的提升，其教学效果指定十分优异[10]。

（2）可提供一种立体化教学手段

传统化工专业在教学过程中在讲述化工设备以及化工产品的构成时，大多数只依靠课本材料中的个图片以及汉字来进行论述，并无法真实地看到大学化工设备的工作内部以及化学品的组成结构以及每个物质之间的关系，因此教学效果并不理想。而虚拟现实技术则可以将化工实际所使用的设备以及化学产品的结构以非常直观且真实的形态来展现至学生的眼前，把一个无法用图像描述和文字利用此构建出一个立体的三维空间，以非常清晰的形象展现在学生的眼帘，从而使课堂的有效性大大提升[11]。

（3）提供逼真操作环境

在此技术的帮衬下，使用者不但实时监测虚拟装置的内部构造以及外部足够，还可以精准的观测到化工设备以及化工产品构成时产生的气温、气压以及构造等专业技术参数，并可通过虚拟装置来对虚拟设备的参数不断调整，其运行结果可清楚掌握。

（4）安全可靠

在计算机屏幕中进行化工设备生产化工产品的虚拟化作业，不但可以避开生产过程中的各种危险，而且还可以精准模仿生产环境的各种不同参数，既保证了学生可以身临其境的体验，而且安全性以及可靠性都有保障[12]。

（5）教育成本得到节省

虚拟装置所构建的虚拟环境不管是在结构、造型、形态以及色彩上都与实际所使用的装备都非常相似，预期花费大量成本来建造真实设备。不如构建虚拟装置，而在在虚席环境下，可以有效减少实验装置的损害以及材料成本等，且在实操过程中完全不需要担心设备出现故障、气候等各种问题的出现，因此教育成本也得到了有效减少。

结语

虚拟现实技术可以让学生们清楚的了解现实化工成品所使用的制造设备、厂房布局以及管路设计等，并将抽象的理论知识以更加生动的方式传递至学生，从而使课堂气氛变得更加活跃，教学效果也得到了大幅度提升，教育流程得到优化、教学质量得到了提升。总而言之，虚拟现实技术在中职院校化学教学中营造了突破地区以及时间束缚的开放性交学环境，对未来化工专业教学的改革起到了关键作用，为教育行业中的化学课程开展带来了前所未有的提升。